基于富平通量站的湍流和水热能量研究

摘要

农业关系着国家命脉，对农田生态系统中能量和物质运移现象和规律的研究关系着农田用水效率的提高与农业的可持续发展，进而影响着国家的稳定繁荣，因此，对农田生态系统能量和物质传输运移现象和规律的研究显得尤为必要。本文以富平县卤泊滩地区为研究区域，以富平生态系统监测站为基础，利用涡度相关技术对研究区内大气湍流现象，及由此引发的能量、物质交换现象进行研究分析。主要有以下几个方面：
　　（1）根据大气的稳定度判定标准，将其分为稳定状态，中性状态，不稳定状态三类，并分别对不同状态下的气象观测要素和w'T'、w'q'，进行统计分析。结果表明：随着大气层结从稳定状态向不稳定状态发展，其离散化程度加剧，湍涡数量增多，尺度增大，所含能量增强，各区域间能量、物质交换频率加快，大气运动复杂性和随机性增大。然而，在30min时间尺度下，无论大气层结处于何种状态下，温度与C02浓度之间均存在显著的相关性，大气湍流中低频部分所含能量均高于高频部分所含能量。
　　（2）观测试验中需要对数据进行质量控制、异常值的删除以及缺失数据的插补。在本文中，制定符合本测站的数据处理流程，建立符合本通量站的通量阀值标准。依据连续缺失数据的多少采用平均昼夜变化法（MDV）或查表法（LUT）对缺失或被删除的通量数据进行插补，并用能量闭合率（EBR）对通量数据插补前后的效果进行比较，结果表明：本文采用的数据质量控制标准合理，缺失数据的插补方法及效果符合预期，可为后续研究提供参考和依据。
　　（3）对不同时间尺度的气象要素和通量进行分析，结果如下：日尺度中，大气、土壤等要素随太阳辐射变化而变化并有不同程度的滞后；白天时，下垫面的温度值大于大气的温度值，湍流运动比夜晚时更剧烈，表现在晴朗天气下各种能量交换现象比阴（雨）天更明显。长历时尺度中，气温，水汽压差，土壤温度、土水势、土壤电导率、能量通量、蒸散发等要素分别以天和年为周期变化，总体上随太阳辐射的变化而变化；在能量输出项中，潜热输出约占输入能量总量的50％，其次为显热输出，土壤热输出。全年的能量闭合率约为0.68；波文比约为0.56。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究进展

1.3研究现状

1.4研究内容与技术路线

2.1研究区及站点介绍

2.2主要研究方法

2.3小结

3.湍流特征分析

3.1大气稳定度判别标准

3.2统计分析方法

3.3不同大气稳定状态下气象要素统计分析

3.4不同大气稳定状态下w′T′和w′q′统计分析

3.5小结

4.1数据的质量控制

4.2缺失数据的插补

4.3小结

5.观测要素及通量分析

5.1气象、土壤、通量日变化分析

5.2连续多日气象、土壤、通量日变化分析

5.3不同玉米生长季能量通量分析比较

5.4气象、土壤、通量年内变化分析

5.5小结

6.1主要结论

6.2存在问题及展望

致谢

参考文献

附录